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棋盤中的數(shù)字

2008-05-07 13:49:45     

許多同學(xué)都喜歡下棋,可是,同學(xué)們知道棋盤上還有許多有趣的數(shù)學(xué)問題嗎?

  圖1是半張中國象棋的棋盤,請同學(xué)們思考幾個(gè)問題:

問題1 一只馬能否跳遍這半張棋盤,每一點(diǎn)都不重復(fù),最后一步跳回起點(diǎn)?

 

問題2 一只馬能否從位置B出發(fā),用6步跳到位置A?為什么?

問題3 一只馬處于C點(diǎn)處,要跳到適當(dāng)?shù)奈恢谩皩④姟保〝撤嚼蠈⒃?/FONT>D處),不管按什么路線跳,都要跳奇數(shù)步,為什么?

  要回答這幾個(gè)問題,需要應(yīng)用一種饒有趣味的方法――染色法。

  將半張棋盤中的45個(gè)格點(diǎn)進(jìn)行黑白相間染色(如圖2)。由于棋盤中共有45個(gè)格點(diǎn),黑點(diǎn)數(shù)與白點(diǎn)數(shù)不可能相等。而馬走“日”,跳一步只能從黑點(diǎn)跳到白點(diǎn),或從白點(diǎn)跳到黑點(diǎn)。如果馬從某點(diǎn)出發(fā)跳遍半張棋盤,每一步都不重復(fù),而且回到原出發(fā)點(diǎn),則黑點(diǎn)數(shù)與白點(diǎn)數(shù)必然相等。但現(xiàn)在知道黑點(diǎn)、白點(diǎn)數(shù)目不相等,因此馬可能從某點(diǎn)出發(fā),一步不重復(fù)地跳回原出發(fā)點(diǎn)。

  由于B點(diǎn)是黑點(diǎn),A點(diǎn)是白點(diǎn),兩點(diǎn)不同色,馬只能從黑點(diǎn)跳到白點(diǎn),或從白點(diǎn)跳到黑點(diǎn),從B跳到A必須跳奇數(shù)步,6步辦不到。

  第3個(gè)問題也很簡單,由于C點(diǎn)與D點(diǎn)同色,馬從C處跳能夠“將軍”的地點(diǎn)必與D點(diǎn)異色,也就是與C點(diǎn)異色,由問題2的解答知,不管怎樣跳,都要跳奇數(shù)步。

  用染色法還可以解決棋盤的覆蓋問題。

問題4 能否用17個(gè)形如圖3的卡片將圖4覆蓋?

  圖4共有34個(gè)小方格,17個(gè)1×2的卡片也有34個(gè)小方格,好象能覆蓋住。我們將圖4黑白相間染色,得到圖5。細(xì)心觀察會(huì)發(fā)現(xiàn),圖5中黑格有16個(gè),白格有18個(gè),而1×2的卡片每次只能蓋住一個(gè)黑格與一個(gè)白格,所以17個(gè)1×2的卡片應(yīng)當(dāng)蓋住黑、白格各17個(gè),不可能蓋住圖4

問題5 6的七種圖形都是由4個(gè)相同的小方格組成的。現(xiàn)在要用這些圖形拼成一個(gè)4×7的長方形(可以重復(fù)使用某些圖形),那么,最多可以用上幾種不同的圖形?

 

  先從簡單的情形開始考慮。顯然,只用1種圖形是可以的,例如用7個(gè)(7);用2種圖形也沒問題,例如用1個(gè)(7),6個(gè)(1)。經(jīng)試驗(yàn),用6種圖形也可以拼成4×7的長方形(如圖7)。

  能否將7種圖形都用上呢?7個(gè)圖形共有(4×7=)28(個(gè))小方格,從小方格的數(shù)量看,如果每種圖形用1個(gè),那么有可能拼成4×7的長方形。但事實(shí)上卻拼不成。為了說明這個(gè)事實(shí),我們將4×7的長方形黑、白相間染色(如圖8),圖中黑白格各有14個(gè)。在7種圖形中,除第(2)種外,每種圖形都覆蓋黑、白格各2個(gè),共覆蓋黑、白格各12個(gè),還剩下黑、白格各2個(gè)。第(2)種圖形只能覆蓋3個(gè)黑格、1個(gè)白格或3個(gè)白格、1個(gè)黑格,因此不可能覆蓋住另6種圖形覆蓋后剩下的2個(gè)黑格、2個(gè)白格。

  綜上所述,要拼成4×7的長方形,最多能用上6種圖形。

來源:網(wǎng)友投稿 作者:彭林

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